Capa de red #4

4. Que veremos?

• Caracteristicas de la capa de red
• Protocolo IP
• Paquetes IPv4 e IPv6
• Formato de direcciones IPv4 e IPv6
• Mascara de subred y longitud de prefijo
• Reenvio de paqutes

4.1 Caracteristicas

4.1 Capa 3

• Direccionamiento (IP)
• Encapsulamiento
• Enrutamiento (para comunicacion remota entre distintas redes)
• Desencapsulamiento

Los dispositivos de capa 3, podemos dicir que son todos aquellos que tienen funionalidades de Direccionamiento,Enrutamiento,etc.

Ejemplos: Routers,Firewals,PC,Switches de capa 3 (tienen capacidades menores a un router).

4.2 Protocolo IP (internet protocol)

Es el protocolo principal dentro de la capa de red para permitirnos intercambiar datos a traves de distntas redes o dispositivos finales.

4.2 Caracteristicas

• Sin conexion
• Entrega de maximo esfuerzo
• Independiente de los medios

4.2 Sin conexion

No sabemos realmente si el destinatario esta apto para recibir nuestras peticiones.

El protocolo IP no hace ningun tipo de verificacion de si el destino existe, esta esperando nuestro paquete o esta disponible, simplemente se encarga de agarrar el paquete y empezar a transmitir.Al momento de llegar al destino , si pasa alguna de las negativas anteriores el protocolo IP descarta el paquete.

Cuando nos encontramos con que una capa no hace cierta validacion, tenemos que pensar que alguna de las capas superiores se encargan de esto.

El deribar la verificacion a otras capas, hace que el envio de datos por este medio sea mucho mas rapido y con menos latencia.Al enviar un correo los paquetes se fragmentan para ser enviados, si en cada uno de esos paquetes tuviera que validar al destino haria que la carga del proceso no sea eficiente.

La función de la capa de red es transportar paquetes entre los hosts colocando la menor carga posible en la red. La capa de red no se ocupa ni está al tanto del tipo de comunicación contenida dentro de un paquete. IP es un protocolo sin conexión, lo que significa que no se crea ninguna conexión dedicada de extremo a extremo antes de enviar los datos. Conceptualmente, la comunicación sin conexión es similar a enviar una carta a alguien sin notificar al destinatario con anticipación.

Como se muestra en la figura, el servicio postal utiliza la información en una carta para entregarla a un destinatario. La dirección en el sobre no proporciona datos que indiquen si el receptor está presente, si la carta llegará a destino o si el receptor puede leerla. De hecho, el servicio postal no está al tanto de la información contenida dentro del paquete que entrega y, por lo tanto, no puede proporcionar ningún mecanismo de corrección de errores.

Las comunicaciones de datos sin conexión funcionan según el mismo principio.

IP es un protocolo sin conexión y, por lo tanto, no requiere ningún intercambio inicial de información de control para establecer una conexión de extremo a extremo antes de reenviar los paquetes. Además, tampoco requiere campos adicionales en el encabezado de la unidad de datos del protocolo (PDU) para mantener una conexión establecida. Este proceso reduce en gran medida la sobrecarga del IP. Sin embargo, sin una conexión de extremo a extremo preestablecida, los emisores no saben si los dispositivos de destino están presentes y en condiciones de funcionamiento cuando envían los paquetes, y tampoco saben si el destino recibe el paquete o si puede acceder al paquete y leerlo. En la figura, se muestra un ejemplo de comunicación sin conexión.

4.2 Entrega de maximo esfurzo.

Tambien conocido como mejor intento es otra de las Caracteristicas del protocolo IP.

Se refiere principalmente de que el protocolo no garantiza de que todos los paquetes lleguen a destino.Las capas superiores se encagaran de hacer un seguimiento de esto.

Por este motivo se lo conoce al protocolo IP como un protocolo “no confiable”

A menudo, el protocolo IP se describe como un protocolo no confiable o de máximo esfuerzo de entrega. Esto no significa que IP a veces funcione bien y a veces funcione mal, ni que sea un protocolo de comunicación de datos deficiente. “No confiable” significa simplemente que IP no tiene la capacidad de administrar paquetes no entregados o dañados ni de recuperar datos de estos. Esto se debe a que los paquetes IP se envían con información sobre la ubicación de entrega, pero no contienen información que se pueda procesar para informar al emisor si la entrega se realizó correctamente. No se incluyen datos de sincronización en el encabezado del paquete para realizar un seguimiento del orden de entrega de los paquetes. Con el protocolo IP, tampoco hay acuses de recibo de la entrega de los paquetes ni datos de control de errores que permitan realizar un seguimiento de si los paquetes se entregaron sin daños. Los paquetes pueden llegar al destino dañados o fuera de secuencia, o pueden no llegar en absoluto. De acuerdo con la información proporcionada en el encabezado IP, no hay capacidad de retransmisión de paquetes si se producen errores como estos.

Si los paquetes faltantes o que no funcionan generan problemas para la aplicación que usa los datos, los servicios de las capas superiores, como TCP, deben resolver estos problemas. Esto permite que el protocolo IP funcione de forma muy eficaz. Si se incluyera la sobrecarga de confiabilidad en IP, las comunicaciones que no requieren conexión o confiabilidad se cargarían con el consumo de ancho de banda y la demora producidos por esta sobrecarga. En la suite TCP/IP, la capa de transporte puede utilizar el protocolo TCP o UDP, según la necesidad de confiabilidad en la comunicación. Dejar que la capa de transporte decida sobre la confiabilidad hace que el protocolo IP se adapte y se acomode mejor a los distintos tipos de comunicación.

4.3 Independiente a los medios

La capa de red tampoco tiene la carga de las características de los medios por los cuales se transportan los paquetes. IP funciona con independencia de los medios que transportan los datos en las capas inferiores del stack de protocolos. Como se muestra en la figura, cualquier paquete IP individual puede ser comunicado eléctricamente por cable, como señales ópticas por fibra, o sin cables como señales de radio.

Es responsabilidad de la capa de enlace de datos del modelo OSI tomar un paquete IP y prepararlo para transmitirlo a través del medio de comunicación. Esto significa que el transporte de paquetes IP no está limitado a un medio en particular.

Sin embargo, existe una característica importante de los medios que la capa de red tiene en cuenta: el tamaño máximo de la PDU que cada medio puede transportar. Esta característica se denomina “unidad máxima de transmisión” (MTU). Parte de la comunicación de control entre la capa de enlace de datos y la capa de red consiste en establecer el tamaño máximo para el paquete. La capa de enlace de datos pasa el valor de MTU a la capa de red. A continuación, la capa de red determina cuán grandes pueden ser los paquetes.

En algunos casos, un dispositivo intermediario, generalmente un router, debe dividir un paquete cuando lo reenvía de un medio a otro con una MTU más pequeña. A este proceso se lo llama fragmentación de paquetes o fragmentación.

4.3 Paquetes IPv4 e IPv6

4.3 Encabezado paquete IPv4

Su tamanio maximo es de 20 bytes

Los espacios importantes en esta imagen seria la version , que nos indica que version de protocolo se esta usando. El tipo de servicio determina si ese paquete necesita tratarse con prioridad. IHL,identificacion,senialadores y desplazamiento de fragmentos, son espacio dentro de encabezado que nos ayudan a manejar la fragmentacion. Cuando el MTU , varia se procede a la fragmentacion del paquete y estas cabeceras se encargan de eso.

El tiempo de existencia o TTL es un parametro importante dentro del enrutamiento, va a limitar el tiempo de vida del paquete.Esto ayuda a que no entre en un loop infinito. Normalmente sale con un valor y cada vez que pasa por un dispositivo de capa 3 este valor disminuye en 1, cuando el valor llega a cero el dispositivo de capa 3 define que este paquete no llego a destino aun y que ya no tiene tiempo de vida y lo descarta.

El espacio Protocolo va a almacenar que protocolo de capa 4 se esta encapsulando dentro del paquete.

El Checksum de encabezado tiene la misma funcion que el FCS.(que el encabezado como tal no hay sufrido modificaciones)

4.3 IPv6

4.3 porque IPv6?

Se centra en trabajar en las limitaciones que tiene la IPv4

• Agotamiento de direcciones de IPv4
• Falta de conectividad de extremo a extremo
• Mayor complejidad de la red

Mejores en la IPv6

• Manejo de paquetes mejorado
• No necesita NAT (Network Address Translation)

Al hacer que la direccion interna de la pc local sea la misma que sale al publico (intenet) se consigue mantener la conectividad de extremo a extremo.

4.3 Encabezado paquete IPv6

4.3 Comunicacion en IPv4

Al igual que en capa 2 , tenemos los metodos de transmision.En este caso en vez de que solo ocurra dentro de la misma LAN, esta no se limita y puede hacerlo tanto dentro de la red LAN como en hosts externos.Al igual que pasaba en la capa 2 cada ip sera especifica del tipo de metodo de transmision.

4.4 Fomato de direcciones IPv4 - IPv6

4.4 IPv4

• 32 bits
• 4 octetos
• Porcion de red y host

IPv4: 192.168.0.10 porcion de red, 192.168.0.10 Porcion de host cada parte (192 | 168 | 0 | 10) esta formado por 8 bits.

4.4 IPv6

• 128 bits
• 8 hextetos
• Prefijo de red e ID de interfaz

IPv6: 0000:0000:0000:0000:0000:ffff:c0a8:b21f

Siendo 0000:0000:0000:0000(prefijo de red):0000:ffff:c0a8:b21f(ID de interfaz) los grupos (ffff | c0a8 | etc) son de 16bits

4.5 Mascara de subred y longitud de prefijo

La mascara de subred identifca que parte es de red y que parte es de host.

Por ejemplo si tenemos :

ip: 192.168.0.10 subred: 255.255.255.0

tambien podemos representar lo de arriba asi : 192.168.0.10/24

La parte de ID de red seria 192.168.0 , mientras que el ID del host seria 10.

Como identifica la mascara de subred a apartir de donde se divide el id de red y el id de host?

Si tenemos la subred : 255.255.255.0 esto se traduce en binario a 11111111.11111111.11111111.000000000 Todo lo que este en cadena consecutiva con 1 hasta que comienza el 0, sera considerado ID de red, mientras que a partir del 0 sera considerado IP de host. Decimos que es de 24 bits o /24 porq tenemos 3 porciones de 8 con 1 consecutivos. 8*3 = 24

Para sacar el calculo de una direccion de subred tenemos que multiplicar los binarios entre si.

Ejemplo:

192 .168 .123 .132 11000000.10101000.01111011.10000100

255 .255 .255 .0 11111111.11111111.111111111.0000000

11 = 1 11 = 1 10 = 0 10 = 0 10 = 0 10 = 0 10 = 0 10 = 0

Vemos que 11000000 = 192

Lo mismo con todos los demas.Al llegar al ultimo valor de la subred vemos que la seccion del host puede variar hasta un valor maximo de 254, y el valor minimo es 1. No podemos usar ni el 192.168.123.0 ya que este esta reservado para direccion de red y la 192.168.255 para la direccion de broadcast.

En una máscara de subred /24, estás asignando 24 bits para la parte de host. La fórmula para calcular el número de direcciones IP disponibles para hosts en una subred con una máscara de subred de longitud n es 2^(32-n) - 2.

Entonces, para una máscara de subred /24, la fórmula sería 2^(32-24) - 2, lo que da como resultado 2^8 - 2 = 256 - 2 = 254 direcciones IP disponibles para hosts en cada subred.

Por lo tanto, en una subred con una máscara de subred /24, tendrías 254 direcciones IP que puedes asignar a dispositivos o hosts en la red, ya que se reservan dos direcciones para la dirección de red y la dirección de broadcast.

La longitud de prefijo nos dice cuantos bits puestos en 1 tenemos para la direccion de red. /8 seria 11111111.00000000.00000000.00000000 (255.0.0.0) /16 seria 11111111.11111111.00000000.00000000 (255.255.0.0)

En IPv6 no se usan los terminos de mascara de subred.Ni tampoco se usa la presentacion tipica de los 255.255.255.0

Como sabe un host si tiene que enviar paquetes dentro de su misma LAN o si tiene que hacer del Gateway o puerta de enlace predeterminada para salir a una red externa?

Primero toma su ip de origen, osea la de el mismo hace la multiplicacion de la mascara de subred en bineario y ve el resultado:

ip host: 192.168.10.10 mascara subred: 255.255.255.0 resultado: 192.168.10.0

Luego revisa hacia donde quiere enviar el paquete y hace el mismo proceso usando su mascara de subred no la del dispositivo destino.

ip destino: 192.168.10.10 mascara subred origen: 255.255.255.0 resultado: 192.168.10.0

Como el resultado es igual en ambos, ya sabe que pertenecen a la misma red LAN o misma subred y que no tiene que buscar la puerta de enlace predeterminada del router capa 3.

4.5 Que es lo que define al cantidad de bits de red y host?

La clase de la direccion.

Existen 5 clases de direcciones IP pero vamos a explicar tres:

• Clase A : Soporta redes en Internet grandes.
• Clase B : Soporta redes en Internet moderadas.
• Clase C : Soporta redes en Internet pequeñas.
• Clase D : Soporta redes Multicast.
• Clase E : Sin uso.Redes experimentales.

4.5 Clase A

Cuando se trata de clase A los primeros 8 bits son los identificadores de red mientras que los restantes 24 bits son el ID del host.

4.5 Clase B

Cuando hablamos de clase B los primeros 16bits son el ID red y los otros 16bits son el ID del host.

4.5 Clase C

Cuando hablamos de clase C los primeros 24bits son el ID red y los otros 8bits son el ID del host.

4.5 Como se determina la clase dada un IP especifica?

Por ejemplo, que clase seria esta IP? 192.168.100.50?

En este caso la respuesta esta en el primer octeto 192

Esta tabla muestra las clases de direcciones IP según el rango del primer octeto y proporciona un ejemplo de dirección IP para cada clase. Ten en cuenta que las clases D y E no se utilizan para direcciones IP convencionales, sino que se reservan para otros fines.

NOTA: Esta tabla aplica solo para IPv4

Ahora si vemos la ip 200.100.210.200 sabemos que al ser clase c el identificador de red es de 3 octetos, osea 24bits (255.255.255.0).

En la IP 172.16.2.5 sabemos que es clase b por lo que el ID de host esta compuesto por sus 2 primeros octedos (16bits) mientras que el ID de host por los 2 octetos restantes (16 bits)

Su prefijo de red quedaria como /16 : 172.16.2.5/16

El prefijo nos indica cuantos bits representan el ID de la red.

• 192.168.168.100/24
• 172.16.16.10/16
• 10.10.2.1/8

La representacion en notacion de punto (mascara de red) seria:

• /24 -> 255.255.255.0
• /16 -> 255.255.0.0
• /8 -> 255.0.0.0

Podemos representar 192.168.168.100/24 o 192.168.168.100 255.255.255.0 son formas diferentes de representar lo mismo.

4.5 Que es una subred?

Es una divison de una red mas grande.

Nos sirve para no despercidiar espacio de direcciones.

Para crear subredes hay que tomar bits de la porcion de host y asignarlos a la porcion de red.

• Direccion red: 10.0.0.0/8
• Dirección MAC binaria: 11111111.00000000.00000000.000000000
• Mascara: 255.0.0.0

Si tomamos 4bits del host nos quedaria

• Dirección MAC binaria: 11111111.11110000.00000000.000000000
• Mascara: 255.240.0.0

El prefijo lo calculamos asi : 2^n , en este caso seria 2^4=16 tenemos como resultado : /16

16 subredes

Un ejemplo con una direccion clase c :

• Direccion red: 192.168.168.0/24
• Dirección MAC binaria: 11111111.11111111.11111111.000000000
• Mascara: 255.255.255.0
• Bits del host = 2^8 = 256

El espacio de direccionamiento para host es mas chico, pero que pasa si solo quiero usar 10 dispositivos?

Podemos cambiar la mascara para decir explicitamente cuantos bits de subred voy a usar.

• Direccion red: 192.168.168.0/27
• Dirección MAC binaria: 11111111.11111111.11111111.111000000
• Mascara: 255.255.255.224
• Bits del host = 2^3 = 8

Con 3 bits puedo crear 8 subredes.

• Direccion red: 192.168.168.0/27

• Dirección red binaria: 11000000.10101000.10101000.000000000

• Mascara: 255.255.255.224

• Dirección red binaria: 11111111.11111111.11111111.(111)000000

Esos tres (111) son los bits que estoy pidiendo prestado al host para crear las subredes, como dijimos antes 2^3=8 subredes.

La primer subred Mascara: 255.255.255.224:

• 11111111.11111111.11111111.(000)000000
• 192.168.168.0

La segunda subred Mascara: 255.255.255.224:

• 11111111.11111111.11111111.(001)000000
• 192.168.168.32

La tercera subred Mascara: 255.255.255.224:

• 11111111.11111111.11111111.(010)000000
• 192.168.168.64

Y asi con las siguientes:

• 11111111.11111111.11111111.(011)000000

• 192.168.168.96

• 11111111.11111111.11111111.(100)000000

• 192.168.168.128

• 11111111.11111111.11111111.(101)000000

• 192.168.168.160

• 11111111.11111111.11111111.(110)000000

• 192.168.168.192

• 11111111.11111111.11111111.(111)000000

• 192.168.168.224

Cada una de estas redes tienen 5 bits de host

Si tomamos el ultimo ejemplo, el primer host es

• ip:192.168.168.225
• binario: 11000000.10101000.10101000.1110000[01]

Luego :

• ip:192.168.168.226

• binario: 11000000.10101000.10101000.1110000[10]

• ip:192.168.168.227

• binario: 11000000.10101000.10101000.111000[100]

…

• Ultimo host : 192.168.168.254
• Direccion de difusion (broadcast) : 192.168.168.255 (11000000.10101000.10101000.[11111111])

Mas detalles en este video

Este video muestra como crear subnets con 2^n-2 pero esta formula es antigua , la nueva es 2^n, si bien la formula antigue no es incorrecta desperdicia muchas direcciones.

• Fomulas para sacar cantidad de subredes : 2^N => 4
• Formula para sacar cantidad de host por subred : 2^M-2 = H
  • M es igual a la cantidad de 0 que quedaron disponibles del host

En tonces si quisieramos 4 subredes hariamos :

1. identificaca la mascara actual, en clase C seria :

• En decimal :255.255.255.0
• En binario: 11111111.11111111.111111111.000000000

2. Resolver la formula : 2^n >= 4 ; 2^2 = 4
3. Obtener la nueva mascara:

• 11111111.11111111.111111111.110000000
• 255.255.255.192

4. Host por subred: 2^M - 2 = H ; 2^6-2 = 64

• El 8 es la cantidad de bits que quedaron disponibles despues de tomar prestado 2 bits del host.

5. Salto de red: usamos la constante 256 - 192 (que es la mascara que se modifico ,paso 3) esto es igual a 64, esto quiere decir que mi red ira de 64 en 64.